Quién usa la CPU ahora

Para qué sirve el planificador

Un núcleo ejecuta una sola tarea a la vez. Los demás procesos listos esperan en memoria. La planificación de CPU decide a quién le toca el núcleo cada vez que queda libre, y es la base de la multiprogramación: si un proceso se detiene a esperar algo, la CPU no se queda parada, pasa a otro.

En los sistemas modernos lo que se planifica en realidad son los hilos de kernel, no los procesos. Por eso se habla de planificar procesos o hilos casi como sinónimos.

CPU, espera, CPU, espera

Casi ningún programa usa la CPU sin parar. Su vida es un ciclo: una ráfaga de CPU (calcula), luego una ráfaga de E/S (espera al disco, la red o el teclado), otra ráfaga de CPU, y así hasta terminar. Observar ese ciclo es la clave para planificar bien.

• Un proceso limitado por E/S (un editor, un navegador) tiene ráfagas de CPU frecuentes y cortas.
• Un proceso limitado por CPU (un compilador, un renderizado) tiene ráfagas pocas y largas.

Si se mide la duración de muchas ráfagas, la mayoría son cortas y pocas son largas.

Cuándo actúa el planificador

Hay cuatro situaciones en las que el planificador puede tener que elegir:

1. El proceso en ejecución pasa a espera: pidió E/S o llamó a wait().
2. El proceso en ejecución pasa a listo: llegó una interrupción, por ejemplo del reloj.
3. Un proceso pasa de espera a listo: terminó su E/S.
4. El proceso en ejecución termina.

Expropiativo y no expropiativo

En la planificación no expropiativa, cuando un proceso recibe la CPU la conserva hasta que termina o pasa a espera: solo las situaciones 1 y 4 provocan una decisión. En la expropiativa, también se le puede quitar en las situaciones 2 y 3, por una interrupción o porque apareció alguien más importante.

Hoy casi todos los sistemas son expropiativos, porque así atienden enseguida las tareas urgentes. El costo es la complejidad: el código del sistema debe estar preparado para ser interrumpido en cualquier momento, por ejemplo a mitad de actualizar datos compartidos.

El despachador

El planificador elige; el despachador (dispatcher) es el componente que efectivamente entrega el núcleo al elegido. Para eso:

• guarda el estado del proceso que sale;
• restaura el estado del proceso que entra;
• hace el cambio de contexto y salta al punto donde ese proceso se había quedado.

Se ejecuta en cada cambio de proceso, así que debe ser muy rápido. El tiempo que tarda en detener uno y arrancar otro se llama latencia de despacho ampliación.

Criterios de planificación

• Uso de CPU: qué tanto está ocupada. Lo ideal va de un 40 % a un 90 %.
• Rendimiento (throughput): procesos terminados por unidad de tiempo.
• Tiempo de retorno: desde que el proceso llega hasta que termina, sumando esperas, ejecución y E/S.
• Tiempo de espera: lo que pasa en la cola de listos. Es lo único que depende directamente del algoritmo de planificación.
• Tiempo de respuesta: desde la solicitud hasta la primera respuesta. Es clave en sistemas interactivos.

Se busca más uso y rendimiento, y menos retorno, espera y respuesta.

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